一种AM工法桩全液压扩底过程智能控制方法与流程

本发明属于桩基施工智能控制，具体是指一种am工法桩全液压扩底过程智能控制方法。

背景技术：

1、am工法桩是一种通过扩底钻具在桩端形成扩大头结构，以提高桩基承载能力的施工工艺。在扩底施工过程中，通常采用液压系统驱动扩底油缸动作，使扩底翼片展开并对桩端土体进行切削，从而形成满足设计要求的扩大头结构。

2、现有am工法桩扩底施工过程中，扩底状态主要依赖操作人员根据液压压力、流量变化以及施工经验对扩底过程进行判断，由于液压系统内部存在油液压缩、管路容积变化、泄漏损失以及机械传动间隙等因素，液压输入量与扩底执行机构实际运动状态之间存在偏差。同时，现有方法通常采用单一位移检测方式获取扩底执行状态，容易受到施工振动、泥浆阻力以及机械扰动影响，导致扩底位移感知精度不足。

3、此外，现有扩底施工质量判断主要依靠施工经验或施工完成后的检测结果，缺少对扩底形成过程中的空间形态、形成体积以及排渣状态的实时评价，难以准确判断扩大头是否达到设计体积要求。

4、同时，由于扩底过程受到地层条件、液压执行状态以及排渣能力等多因素影响，传统施工控制方式通常采用固定液压参数进行扩底作业，无法根据实时扩底状态动态调整扩底执行参数，导致扩底过程智能化程度较低，难以保证扩大头成型质量的一致性。

5、因此，亟需一种能够对am工法桩全液压扩底过程进行实时状态感知、扩底体积动态评价以及施工参数自适应调节的智能控制方法，以提高扩底过程控制精度和扩大头成型质量。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种am工法桩全液压扩底过程智能控制方法，该方法包括以下步骤：

2、步骤s1液压融合感知；

3、步骤s2扩底体积动态建模；

4、步骤s3排渣体积估算；

5、步骤s4扩底过程智能控制。

6、进一步地，在步骤s1中，所述液压融合感知，具体为通过建立液压输入量与活塞杆理论位移之间的液压容积约束关系，分析活塞杆理论位移与活塞杆观测位移之间的液压机械一致性，并结合综合执行扰动特征对位移可信度进行动态评价，根据所述位移可信度对活塞杆理论位移与活塞杆观测位移进行融合，得到活塞杆融合估计位移，包括以下步骤：

7、步骤s11液压容积约束建模，具体为通过流量传感器对扩底过程中液压输入量进行采样，并根据液压累计输入量计算有效驱动液压体积，再结合扩底油缸有效作用面积，建立液压容积约束下的活塞杆理论位移；

8、步骤s12液压机械一致性分析，具体为通过位移传感器采集活塞杆观测位移，并计算活塞杆观测位移与活塞杆理论位移之间的位移偏差，再基于所述位移偏差构建液压执行一致性指标，用于表征液压输入产生的理论运动状态与实际机械执行状态之间的一致程度；

9、步骤s13位移可信度动态评价，具体为获取扩底执行过程中的辅助状态参数，分别构建对应的状态扰动特征，通过将各状态扰动特征进行加权融合，得到综合执行扰动特征，之后结合液压执行一致性指标生成位移可信度，用于表征当前活塞杆观测运动状态信息的可信程度；

10、步骤s14双源位移状态估计，具体为通过建立活塞杆运动状态模型，利用液压状态参数对当前活塞杆运动状态进行约束估计，得到活塞杆约束估计位移，再将活塞杆约束估计位移与活塞杆观测位移进行融合，并依据位移可信度设定融合权重，得到活塞杆融合估计位移。

11、进一步地，在步骤s2中，所述扩底体积动态建模，用于依据步骤s1输出的活塞杆融合估计位移，建立扩大头空间轮廓模型，并计算当前状态下的理论扩大头体积以及扩底成型完成度，具体为获取扩底钻头结构参数，根据步骤s1输出的活塞杆融合估计位移确定扩底翼片展开角度，并构建扩大头空间轮廓模型，之后基于扩大头空间轮廓模型计算理论扩大头体积，结合目标扩大头体积计算扩底成型完成度。

12、进一步地，在步骤s3中，所述排渣体积估算，用于根据am工法桩扩底施工过程中的泥浆循环状态参数，对扩底切削产生并随泥浆排出的土体体积进行动态计算，获得表征扩底排渣状态的累计排渣体积，具体为采集扩底施工过程中的泥浆循环状态参数，根据泥浆循环状态参数与土体颗粒携带量之间的关联关系，计算单位时间排渣体积流量，并对施工过程中的单位时间排渣体积流量进行累计计算，得到累计排渣体积。

13、进一步地，在步骤s4中，所述扩底过程智能控制，具体为根据扩底体积动态建模结果以及排渣体积估算结果，构建扩底目标状态向量，通过分析扩底目标状态向量与当前扩底状态向量之间的偏差，并结合未来扩底状态偏差，动态更新液压执行控制量，实现扩底施工过程的闭环智能调控，包括以下步骤：

14、步骤s41扩底目标状态构建，具体为依据目标扩大头体积、扩底成型目标度以及目标体积匹配系数，构建扩底目标状态向量；

15、其中，所述扩底目标状态向量用于表征扩底过程期望达到的空间形成状态以及排渣匹配状态，所述扩底成型目标度用于表征扩大头空间期望达到设计要求的程度，所述目标体积匹配系数用于表征理论扩大头体积形成状态与实际排渣状态之间的期望匹配程度；

16、步骤s42扩底状态偏差计算，具体为通过获取步骤s2输出的理论扩大头体积、扩底成型完成度以及步骤s3输出的累计排渣体积，计算当前扩底状态向量，根据所述扩底目标状态向量与当前扩底状态向量之间的差异，计算当前扩底状态偏差，用于判断当前扩底过程是否存在扩底不足、排渣滞后或者异常扩张状态；

17、步骤s43扩底状态预测，用于根据扩底状态变化过程预测未来扩底状态，具体为获取多个连续控制周期内的扩底状态向量，建立扩底状态变化序列，根据所述扩底状态变化序列，计算扩底状态变化趋势，并进行扩底质量未来状态预测，得到未来扩底状态向量；根据所述扩底目标状态向量与未来扩底状态向量之间的差异，计算未来扩底状态偏差；

18、步骤s44自适应控制量生成，用于依据当前扩底状态以及预测扩底趋势生成液压执行控制参数，具体为建立液压执行控制量，之后根据当前扩底状态偏差以及未来扩底状态偏差，计算控制调整量，并对液压执行控制量进行动态更新，生成液压执行优化控制量；

19、步骤s45液压执行反馈调节，用于依据液压执行结果更新扩底状态，并实现扩底过程闭环调节，具体为将液压执行优化控制量转换为液压控制模块对应的执行指令，并在执行完成后获取扩底执行反馈信息，更新扩底状态偏差计算结果，形成扩底过程反馈调节。

20、采用上述方案本发明取得的有益效果如下：

21、（1）通过建立液压输入量与活塞杆理论位移之间的液压容积约束关系，并结合活塞杆观测位移、液压执行一致性指标以及执行扰动特征进行融合分析，实现了扩底执行状态的可靠感知，降低了液压系统非理想因素以及施工扰动对位移检测结果的影响，提高了扩底过程状态获取的准确性；

22、（2）结合扩底空间轮廓建模与泥浆排渣体积估算，实现了对扩大头形成体积及排渣匹配状态的动态评价，能够实时反映扩底成型程度，提高了扩大头形成质量检测能力；

23、（3）将扩底空间形成状态、排渣状态以及液压执行过程进行关联，通过实时获取扩底状态并预测未来状态，提前生成液压执行优化控制量，避免传统施工过程中仅依据当前油缸行程或人工经验判断扩底完成状态导致的控制滞后问题，实现了扩底过程由结果反馈控制向状态预测控制的转变，提高了扩大头施工质量的一致性和可靠性。